(57)【要約】【課題】  感度の大幅な改善を可能にする小型の固体撮像装置を提供する。【解決手段】  複数の光電変換部１７が形成された半導体基板１１と、光電変換部１７毎に光電変換部１７上方に位置するように設けられた複数のマイクロレンズ１２３とを備え、複数の光電変換部１７は、第１の光電変換部と、第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とを有し、第２の光電変換部上方に位置するマイクロレンズ１２３は、第１の光電変換部上方に位置するマイクロレンズ１２３よりも大きな屈折率を持つ。【選択図】        図１
2006344752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、
前記光電変換部毎に前記光電変換部上方に位置するように前記半導体基板上に設置された複数のマイクロレンズとを備え、
前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、
前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズは、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズよりも大きな屈折率を持つ
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、
前記光電変換部毎に前記光電変換部上方に位置するように前記半導体基板上に設置された複数のマイクロレンズとを備え、
前記マイクロレンズは、低屈折率材料と、高屈折率材料とから構成され、
前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、
前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズに含まれる高屈折率材料の体積が、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズに含まれる高屈折率材料の体積よりも大きい
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、
前記光電変換部毎に前記光電変換部上方に位置するように前記半導体基板上に設置された複数のマイクロレンズとを備え、
前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、
前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズの高さは、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズよりも高い
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズの屈折率が、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズの屈折率よりも大きい
ことを特徴する請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズを構成する材料は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ハフニウムのいずれかを含む
ことを特徴する請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、
前記半導体基板上に設置された高屈折率膜とを備え、
前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、
前記第２の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜は、前記第１の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜よりも大きな屈折率を持つ
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、
前記半導体基板上に設置された高屈折率膜とを備え、
前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、
前第２の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜は、前記第１の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜よりも厚い
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
前記高屈折率膜を構成する材料は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ハフニウムのいずれかを含む
ことを特徴する請求項６又は７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置を備える
ことを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等に使用される固体撮像装置に関し、特に、固体撮像装置を構成する受光セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な固体撮像装置では、半導体基板上に複数の受光セルが形成され、各受光セルは遮光膜の開口部を通して入射した光を光電変換する光電変換部と遮光膜上に形成された色分離を行うカラーフィルタとを備える構造を有している。カラーフィルタとしては原色フィルタ、もしくは補色フィルタが一般的である。原色フィルタでは赤（Ｒ）、青（Ｂ）、及び緑（Ｇ）が用いられ、補色フィルタでは赤の補色であるシアン（Ｃ）、緑の補色であるマゼンタ（Ｍ）、及び青の補色である黄（Ｙ）が用いられる。一般的に補色フィルタを用いた固体撮像装置では、この３色と緑（Ｇ）とを通して得た信号が用いられている。そして、各受光セルに上記の色のいずれかが一定のパターンで割り当てられる。そうすることで、各受光セルは、カラーフィルタによって色分離された色信号の輝度に応じて信号を生成する。（例えば、特許文献１、２参照。）
【０００３】
また、上記の信号を大きくして高感度を実現するために、カラーフィルタの上下にマイクロレンズ等を形成することで、高Ｓ／Ｎ化が図られている。（例えば、特許文献３参照。）
【０００４】
図８は固体撮像装置を使ったカメラの構造を示す図である。
【０００５】
このカメラにおいて、入射光２４は、カメラレンズ３４を通してカメラ２に収められた固体撮像装置３に到達する。
【０００６】
図９は、従来の固体撮像装置における受光セルの配列を示す図である。
この固体撮像装置においては、図８に示すカメラレンズ３４を通して入射した光を行列状に複数配列された受光セル（中心部Ａ、及び周辺部Ｂ、Ｃ等にある受光セル）により光電変換することで画像が得られる。
【０００７】
図１０は従来の固体撮像素子（受光セル）への光の入射の様子を示す図である。
図１０に示すように、カメラレンズ３４を通して入射する光の主光線は、中心部Ａの受光セル１には垂直に入射するが、周辺部Ｂ、Ｃの受光セル１には斜めに入射するため、固体撮像装置では各受光セル１のマイクロレンズへの光入射の状態が異なる状況にある。
【０００８】
図１１は従来の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【０００９】
各受光セルは、Ｎ型不純物が添加されたシリコンからなる半導体基板１１を基礎として、絶縁層１３、金属層１４、及びカラーフィルタ層１５が形成されてなる。このとき、半導体基板１１内には光電変換層１２が形成されている。光電変換層１２は、半導体基板１１にＰ型不純物をイオン注入することでＰ型ウェル１６を形成し、さらに、Ｐ型ウェル１６にＮ型不純物をイオン注入することで形成されるＮ型領域である光電変換部１７を有する層である。
【００１０】
絶縁層１３は、光電変換層１２と金属層１４とを絶縁するために光電変換層１２上に設けられた層間膜１８からなる層である。
【００１１】
金属層１４は、遮光膜１９を含む層である。金属層１４の形成においては、遮光膜１９が形成された後に、遮光膜１９上に平坦化層としての層間膜３１が形成される。さらに遮光膜１９上の層間膜３１の上に形成されるカラーフィルタ層１５は、フィルタ膜２１ａ、２１ｃからなるカラーフィルタと、カラーフィルタ上の層間膜２２とを有する層である。また、カラーフィルタ層１５の上には、マイクロレンズ２３が形成されている。複数のマイクロレンズ２３は、光電変換部１７毎に光電変換部１７上方に位置するように設けられている。
【００１２】
入射光２４は、受光セル上方から入射し、カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズ２３により集光され、フィルタ膜２１ａ、２１ｃを透過した光は遮光膜１９の開口部２０を経て、光電変換部１７に到達する。
【特許文献１】特開平１０−３４１０１２号公報
【特許文献２】特開平５−３２６９０２号公報
【特許文献３】特開２０００−１６４８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、固体撮像装置の高画素化を実現するために受光セルが微細化されて小さくなると、遮光膜１９の開口部２０の幅が極端に狭くなる。遮光膜１９の開口部２０の幅が狭くなった場合でも、固体撮像装置の中心部Ａの受光セル１には入射光２４がマイクロレンズ２３に垂直に入射するため、中心部Ａの受光セル１では入射光２４を光電変換部１７に集光することができる。しかし、周辺部Ｃの受光セル１には入射光２４がマイクロレンズ２３に斜めに入射するため、マイクロレンズ２３により集光した場合であっても、入射光２４が遮光膜１９にあたって開口部２０に入れなくなり、光電変換部１７に入射光２４を集めることが難しくなる。
【００１４】
そこで、本発明は、受光セルが微細化されて遮光膜の開口幅が小さくなった場合にでも光の集光率を向上させることで、遮光膜の狭い開口部を透過する光量を増加させることができ、感度の大幅な改善を可能にする小型の固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部毎に前記光電変換部上方に位置するように前記半導体基板上に設置された複数のマイクロレンズとを備え、前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズは、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズよりも大きな屈折率を持つことを特徴とする。
【００１６】
上記構成とすることで、本発明に係る固体撮像装置では、光の入射角度の大きい受光セルのマイクロレンズの屈折率が、光の入射角度の小さい受光セルのマイクロレンズの屈折率よりも大きくなるので、光の入射角度の大きい受光セルの集光率を改善し、感度を大幅に向上させることができる。その結果、受光セルが微細化されて遮光膜の開口幅が小さくなった場合にでも光の集光率を向上させて、遮光膜の狭い開口部を透過する光量を増加させることができ、感度の大幅な改善を可能にする小型の固体撮像装置を実現することができる。
【００１７】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部毎に前記光電変換部上方に位置するように前記半導体基板上に設置された複数のマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズは、低屈折率材料と、高屈折率材料とから構成され、前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズに含まれる高屈折率材料の体積が、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズに含まれる高屈折率材料の体積よりも大きいことを特徴とする。
【００１８】
上記構成とすることで、マイクロレンズが低屈折率材料と高屈折率材料との複数の材料で構成され、その体積比率を変化させることで、光の入射角度の大きい受光セルのマイクロレンズの平均的な屈折率を、光の入射角度の小さい受光セルのマイクロレンズの平均的な屈折率よりも大きくすることができる。その結果、集光することが難しい光の入射角度の大きい受光セルの集光率を向上させることができ、感度を大幅に向上させることができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、前記光電変換部毎に前記光電変換部上方に位置するように前記半導体基板上に設置された複数のマイクロレンズとを備え、前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズの高さは、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズよりも高いことを特徴とする。
【００２０】
上記構成とすることで、光の入射角度の大きい受光セルのマイクロレンズの高さが、光の入射角度の小さい受光セルのマイクロレンズの高さよりも高くなるので、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、前記第２の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズの屈折率が、前記第１の光電変換部上方に位置する前記マイクロレンズの屈折率よりも大きくてもよい。
【００２２】
上記構成とすることで、光の入射角度の大きい受光セルのマイクロレンズの屈折率が、光の入射角度の小さい受光セルのマイクロレンズの屈折率よりも大きくなるので、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００２３】
また、上記目的を達成するために、前記マイクロレンズを構成する材料は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ハフニウムのいずれかを含んでもよい。
【００２４】
上記構成のように、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ又は酸化ハフニウム等の高屈折率材料をマイクロレンズに用いることで、一般的に絶縁膜としてよく利用されている屈折率１．４５のシリコン酸化膜の場合に比べて屈折率を特に大きくとることができ、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、前記半導体基板上に設置された高屈折率膜とを備え、前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、前記第２の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜は、前記第１の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜よりも大きな屈折率を持つことを特徴とする。
【００２６】
上記構成にすることで、光の入射角度の大きい受光セルにある高屈折率膜の屈折率が、光の入射角度の小さい受光セルにある高屈折率膜の屈折率よりも大きくなるため、光の入射角度の大きい受光セルにある高屈折率膜により、大きな入射角度を持って入射した光を光電変換部の方向へ曲げて入射させることができるため、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００２７】
また、上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された複数の光電変換部と、前記半導体基板上に設置された高屈折率膜とを備え、前記複数の光電変換部には、第１の光電変換部と、前記第１の光電変換部に入射する光の入射角よりも大きな入射角で光が入射する第２の光電変換部とが存在し、前第２の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜は、前記第１の光電変換部上方に位置する前記高屈折率膜よりも厚いことを特徴とする。
【００２８】
上記構成にすることで、光の入射角度の大きい受光セルにある高屈折率膜の膜厚が、光の入射角度の小さい受光セルにある高屈折率膜の膜厚よりも大きくなるため、光の入射角度の大きい受光セルにある高屈折率膜により、大きな入射角度を持って入射した光を光電変換部の方向へ大きく曲げて入射させることができるため、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００２９】
また、上記目的を達成するために、前記高屈折率膜を構成する材料は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ及び酸化ハフニウムのいずれかを含んでもよい。
【００３０】
上記構成のように、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ又は酸化ハフニウム等の高屈折率材料を高屈折率膜に用いることで、一般的に絶縁膜としてよく利用されている屈折率１．４５のシリコン酸化膜の場合に比べて屈折率を特に大きくとることができ、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る固体撮像装置は、光の入射角度の大きい受光セルに形成された、マイクロレンズの屈折率、マイクロレンズを構成する高屈折率材料の体積あるいはマイクロレンズの高さ、又は高屈折率材料の屈折率あるいは高屈折率材料の膜厚を、光の入射角度の小さい受光セルに形成された、マイクロレンズの屈折率、マイクロレンズを構成する高屈折率材料の体積あるいはマイクロレンズの高さ、又は高屈折率材料の屈折率あるいは高屈折率材料の膜厚と異ならせることで、光の入射角度の大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００３２】
これにより高感度・高Ｓ／Ｎの固体撮像装置を実現できるため、本発明は高画質なカメラを実現するために有効であるといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態における固体撮像装置について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の固体撮像素子（受光セル）への光の入射の様子を示す図である。
【００３５】
図１に示すように、カメラレンズ３４を通して入射する光の主光線は、中心部Ａの受光セル１０１には垂直に入射するが、周辺部Ｂ、Ｃの受光セル１０１には斜めに入射する。
【００３６】
このとき、本実施の形態１における固体撮像装置では、受光セル１０１の場所によって、受光セル１０１のマイクロレンズ１２３の屈折率が異なり、斜め光が入射する周辺部Ｂ、Ｃの受光セル１０１のマイクロレンズ１２３の屈折率は、中心部Ａの受光セル１０１のマイクロレンズ１２３の屈折率よりも大きくなっている。
【００３７】
図２は本発明の実施の形態１の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【００３８】
各受光セルは、図１１に示す従来の受光セルと同じ構造の半導体基板１１、光電変換層１２、絶縁層１３、金属層１４、及びカラーフィルタ層１５を備える。
【００３９】
本実施の形態１の固体撮像装置は、光の入射角度に応じて、カラーフィルタ層１５の上に形成されたマイクロレンズ１２３を構成する材料の屈折率が異なる構造を有する。
【００４０】
受光セルの微細化が進んだ場合に、開口部２０の幅が狭くなる。例えば、開口部２０の幅が１μｍ以下の場合には、開口部２０へ集光することが難しくなる。特に、光電変換部１７に対する光の入射角度３３が大きい場合には集光が難しくなることは良く知られている。そのため、本実施の形態１の固体撮像装置では、この不具合を解消するために、入射角度３３が大きくなるにつれて、受光セルのマイクロレンズ１２３の屈折率を大きくしている。例えば、入射角度３３が０度の中心部Ａの受光セルのマイクロレンズ１２３には屈折率１．５の酸化シリコンを利用し、入射角度３３が３０度の周辺部Ｃの受光セルのマイクロレンズ１２３には屈折率２．０の窒化シリコンを利用して、入射角度３３が大きくなるに従い屈折率が大きくなる構造を実現している。これにより、入射角度３３が大きい受光セルでの光の集光率を改善し、入射角度３３が大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【００４２】
各受光セルは、図１１に示す従来の受光セルと同じ構造の半導体基板１１、光電変換層１２、絶縁層１３、金属層１４、及びカラーフィルタ層１５を備える。
【００４３】
本実施の形態２の固体撮像装置は、各受光セルのマイクロレンズ２２３が低屈折率材料２６（例えば屈折率１．５の酸化シリコン）と、低屈折率材料２６よりも大きな屈折率を持つ高屈折率材料２５（例えば屈折率２．０の窒化シリコン）との２種類の材料で構成された構造を有する。
【００４４】
この固体撮像装置では、受光セルへの入射角３３に応じて、マイクロレンズ２２３における低屈折率材料２６及び高屈折率材料２５の体積比率が異なる。すなわち、入射角度３３が大きくなる受光セルでは、マイクロレンズ２２３の低屈折率材料２６と高屈折率材料２５との構成比率が変更され、高屈折率材料２５の体積比率が大きくなっている。例えば、入射角度が０度の受光セル（中心部Ａにある受光セル）のマイクロレンズ２２３では低屈折率材料２６と高屈折率材料２５との体積比率が９：１とされ、入射角度３３が３０度の受光セル（周辺部Ｃにある受光セル）のマイクロレンズ２２３では低屈折率材料２６と高屈折率材料２５との体積比率が１：９とされる。これにより、入射角度が大きい受光セルにおけるマイクロレンズ２２３の平均的な屈折率を、入射角度３３が小さい受光セルにおけるマイクロレンズ２２３の平均的な屈折率よりも大きくすることができる。その結果、集光することが難しい、入射角度３３が大きい受光セルの集光率を向上させることができ、入射角度３３が大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【００４６】
各受光セルは、図１１に示す従来の受光セルと同じ構造の半導体基板１１、光電変換層１２、絶縁層１３、及びカラーフィルタ層１５を備える。
【００４７】
本実施の形態３の固体撮像装置は、各受光セルのカラーフィルタ層１５の下の金属層３１４に、開口部２０を有する遮光膜１９、層間膜３１、３２及び高屈折率層間膜２７が形成された構成を有する。
【００４８】
この固体撮像装置では、受光セルへの光の入射角度３３が異なる場合に、受光セルの高屈折率層間膜２７の屈折率が異なる構成となっている。すなわち、受光セルへの光の入射角度３３が大きくなるにつれて、高屈折率層間膜２７の屈折率が大きくなる構成となっている。例えば、受光セルへの光の入射角度３３が０度の受光セルの高屈折率層間膜２７には屈折率１．５の酸化シリコン膜を利用し、受光セルへの光の入射角度３３が３０度の受光セルの高屈折率層間膜２７には屈折率２．０の窒化シリコン膜を利用することで、光の入射角度３３が大きくなるに従い高屈折率層間膜２７の屈折率が大きくなる構造が実現される。
【００４９】
上記のような構成にすることで、光の入射角度３３が大きい受光セルにある高屈折率層間膜２７の屈折率が、光の入射角度３３が小さい受光セルにある高屈折率層間膜２７の屈折率よりも大きくなるので、光の入射角度３３が大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態３の固体撮像装置では、高屈折率層間膜２７がカラーフィルタの下にあるとしたが、高屈折率層間膜２７がカラーフィルタの上にある場合も同様の効果がある。
【００５１】
また、本実施の形態３の固体撮像装置では、高屈折率層間膜２７が遮光膜１９の上にあるとしたが、高屈折率層間膜２７が遮光膜１９の下にある場合も同様の効果がある。
【００５２】
（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【００５３】
本実施の形態４の固体撮像装置は、高屈折率層間膜２７の膜厚が、受光セルによって異なるという点で実施の形態３の固体撮像装置と異なる。
【００５４】
この固体撮像装置では、受光セルへの光の入射角度３３が異なる場合に、受光セル上の高屈折率層間膜２７の膜厚が異なる構成となっている。すなわち、受光セルへの光の入射角度３３が大きくなるにつれて、高屈折率層間膜２７の膜厚が大きくなる構成となっている。例えば、受光セルへの光の入射角度３３が０度の受光セルの高屈折率層間膜２７の膜厚を３００ｎｍとし、受光セルへの光の入射角度３３が３０度の受光セルの高屈折率層間膜２７の膜厚を５００ｎｍとすることで、光の入射角度３３が大きくなるに従い高屈折率層間膜２７の膜厚が大きくなる構造が実現される。
【００５５】
上記のような構成にすることで、光の入射角度３３が大きい受光セルにある高屈折率層間膜２７の膜厚が、光の入射角度３３が小さい受光セルにある高屈折率層間膜２７の膜厚よりも大きくなるので、光の入射角度３３が大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態４の固体撮像装置では、光の入射角度３３が受光セル毎に異なる場合に、受光セルへの光の入射角度３３が大きくなるにつれて、高屈折率層間膜２７の膜厚が大きくなり、かつ屈折率も大きくなる構成となっているが、屈折率が同じであり、高屈折率層間膜２７の膜厚だけが大きくなる構成でも同様の効果がある。
【００５７】
また、本実施の形態４の固体撮像装置では、高屈折率層間膜２７がカラーフィルタの下にあるとしたが、高屈折率層間膜２７がカラーフィルタの上にある場合も同様の効果がある。
【００５８】
また、本実施の形態４の固体撮像装置では、高屈折率層間膜２７が遮光膜１９の上にあるとしたが、高屈折率層間膜２７が遮光膜１９の下にある場合も同様の効果がある。
【００５９】
（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【００６０】
本実施の形態５の固体撮像装置は、マイクロレンズ１２３の高さが、受光セルによって異なるという点で実施の形態１の固体撮像装置と異なる。
【００６１】
本実施の形態５の固体撮像装置では、受光セルへの光の入射角度３３が異なる場合に、マイクロレンズ１２３の高さが異なる構造となっている。マイクロレンズ１２３の高さは、光の入射角度３３が大きくなるにつれて、高くなっている。例えば、受光セルへの光の入射角度３３が０度のマイクロレンズ１２３の高さを１．０μｍとし、受光セルへの光の入射角度３３が３０度の受光セルのマイクロレンズ１２３の高さを１．２μｍとすることで、光の入射角度３３が大きくなるに従いマイクロレンズ１２３の高さが高くなる構造が実現される。
【００６２】
上記のような構成にすることで、光の入射角度３３が大きい受光セルにあるマイクロレンズ１２３の高さが、光の入射角度３３が小さい受光セルにあるマイクロレンズ１２３の高さよりも高くなるので、光の入射角度３３が大きい受光セルの感度を大幅に向上させることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態５の固体撮像装置では、受光セルへの光の入射角度３３が大きくなるにつれて、マイクロレンズ１２３の高さが大きくなり、かつ屈折率も大きくなる構成となっているが、屈折率が同じであり、マイクロレンズ１２３の高さだけが大きくなる構成でも同様の効果がある。
【００６４】
（実施の形態６）
図７は本発明の実施の形態６の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【００６５】
本実施の形態６の固体撮像装置は、同じ入射角度の受光セルについては、絶縁層１３、金属層１４の中の絶縁層、及びマイクロレンズ１２３の屈折率が等しいという点で実施の形態１の固体撮像装置と異なる。例えば、同じ入射角度の受光セルについては、一つの材料を用いて、絶縁層１３、金属層１４の中の絶縁層、及びマイクロレンズ１２３を構成することにより、それらの屈折率を等しくする。その結果、製造コストを抑えることができる。
【００６６】
なお、各マイクロレンズ１２３による集光効率は、下記の（数１）の式により表現することができる。
（数１）
ｓ＝ｋ×λ／ＮＡ    （ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ）
ｓ：光が集まるスポットの拡がり径
ｋ：結像の条件によって決まる係数
λ：波長
ｎ：マクロレンズ下の媒体の屈折率
θ：マイクロレンズの絞り角（図７におけるθ）
【００６７】
光が集まるスポット径ｓが同一の場合には、入射する光の入射角が大きい光電変換部では、開口部に光が入り難くなる。このとき、（数１）の式より、屈折率ｎを大きくすると、スポットの拡がり径ｓを小さくすることができる。従って、入射する光の入射角が大きい光電変換部であっても、屈折率ｎを大きくすることで、光を光電変換部に入れることができる。
【００６８】
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００６９】
例えば、上記実施の形態の固体撮像装置を用いてカメラを構成してもよい。
また、マイクロレンズあるいは高屈折率層間膜を構成する材料として酸化シリコン等を用いるとしたが、一般的に絶縁膜としてよく利用されているシリコン酸化膜よりも大きな屈折率の材料であればこれに限られず、例えば酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ又は酸化ハフニウム等であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、固体撮像装置等に利用でき、特にデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等に用いられる固体撮像装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態１の固体撮像素子（受光セル）への光の入射の様子を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態６の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【図８】固体撮像装置を使ったカメラを示す図である。
【図９】従来の固体撮像装置における受光セルの配列を示す図である。
【図１０】従来の固体撮像素子（受光セル）への光の入射の様子を示す図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の受光セル（中心部Ａ、周辺部Ｃにある受光セル）の断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１、１０１    受光セル
２    カメラ
３    固体撮像装置
１１    半導体基板
１２    光電変換層
１３    絶縁層
１４、３１４    金属層
１５    カラーフィルタ層
１６    Ｐ型ウェル
１７    光電変換部
１８、２２、３１、３２    層間膜
１９    遮光膜
２０    開口部
２１ａ、２１ｃ    フィルタ膜
２３、１２３、２２３    マイクロレンズ
２４    入射光
２５    高屈折率材料
２６    低屈折率材料
２７    高屈折率層間膜
３３    入射角度
３４    カメラレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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